Áp dụng Ribozym và RNAi trong điều trị ung thư

PGS.TS. NGUYỄN VĂN KÌNH, PGS.TS. TRẦN THÚY HẠNH

Ribozym là các phân tử acid ribonucleic (RNA) có khả năng tác động như các enzym ngay cả khi vắng mặt hoàn toàn các protein. Chúng có hoạt tính xúc tác bẻ gẫy và /hoặc hình thành các liên kết cộng hóa trị với tính đặc hiệu và gia tăng tốc độ các phản ứng một cách phi thường. Khả năng của RNA với tư cách một chất xúc tác lần đầu tiên được phát hiện trong tự ghép nối intron nhóm I của Tetrahymena với bán phần RNA của RNase P. Tiếp sau sự phát hiện 2 enzym RNA này là sự xúc tác qua trung gian RNA liên quan tới sự tự ghép nối các intron nhóm II của nấm men, nấm, và ty thể thực vật (cũng như lục lạp); các RNA  virusoid và viroid thực vật chuỗi đơn; virus viêm gan delta; và RNA vệ tinh từ ty thể Neurospora. Khá rõ ràng là cấu thành RNA tiểu đơn vị lớn của ribosome có chức năng như là một peptidyltransferase. Với chức năng tiềm tàng thực thi các ghép nối nhân nhỏ hơn (spicesomal  smaller nuclear  snRNA) như ribozym nó lại liên hợp với tiền RNA thông tin (pre-mRNA) để xúc tác cho sự ghép nối pre -RNA. Cũng rất giống với motif xúc tác RNA bổ sung, những vai trò  mới của xúc tác qua trung gian RNA cũng được phát hiện càng nhiều khi đi sâu tìm hiểu hệ gen của các cơ thể khác nhau. Ribozym cũng có thể là một hợp chất tự nhiên hay được tổng hợp nhân tạo để nhắm vào các trình tự đặc hiệu cis– hoặc trans-. Phạm vi các hoạt động hóa sinh in vitro nhằm lựa chọn các protocol cũng chưa được phát triển. Các ribozym có thể thao tác một cách dễ dàng để tác động lên các cơ chất mới. Các RNA được thiết kế theo đơn đặt hàng có tiềm năng lớn với tư cách là các tác nhân trị liệu và đang trở thành một công cụ mạnh đối với các nhà sinh học phân tử. Các ribozym xúc tác đầu búa (hammerhead) và cặp tóc (hairpin) là đại diện cho các lựa chọn phổ thông áp dụng trong trị liệu được mô tả trên Hình 5.1.

Hình 5.1. Các ribozym xúc tác hay được dùng nhất là dạng đầu búa và dạng cặp tóc. Trên hình vẽ là cấu trúc bậc hai của ribozym hình đầu búa. Trong đó: N = nucleotid bất kỳ, R = purin, Y = pyrimidin. Sơ đồ cấu trúc bậc 3 của ribozym hình đầu búa cũng được vẽ cạnh mô hình cấu trúc bậc 2 của nó. Các bộ phận (stem) tương ứng I, II và III ở cả 2 cấu trúc cũng được thể hiện. Trong ribozym hình đầu búa thì H =A, C hoặc U ở vị trí phân cắt. Trong ribozym hình cặp tóc thì H1, H2  là những vùng xoắn của cấu trúc RNA. (Theo Lisa Scherer và John J. Rossi. (2005) Cancer Gene Therapy. Human Press. Totowwa, New Jersey)

Sự gây nhiễu của RNA (RNA interference)

Sự gây nhiễu RNA (RNAi) là một cơ chế làm yên lặng gen được sáng tỏ một cách cội nguồn ở thực vật, cũng như là sự yên lặng gen sau phiên mã ở Caenorhabditis elegans và ruồi giấm Drosophila. Trong mô hình đương thời, con đường RNAi được hoạt hóa bởi một súng RNA sợi đôi (double-stranded RNA dsRNA), sau đó nó được xử lý thành những đoạn dsRNA ngắn từ 21 đến 22 nt  được ám chỉ như là các RNA gây nhiễu nhỏ (small interfering RNA –siRNA) bởi một enzym tế bào có tên là Dicer (Hình 5.2A). Các siRNA sẽ hợp nhất thành phức hợp yên lặng cảm ứng RNA (RNA-induced silencing complex RISC), trong đó siRNA hoạt động với tư cách là kẻ dẫn đường nhận dạng mRNA để tiêu hủy. Trong các TB động vật có vú thì dsRNA dài hơn 30 nt sẽ làm bùng phát con đường interferon để hoạt hóa PKR và 2-5 – oligoadenylat synthase hơn là  con đường RNAi. Tuy nhiên, các siRNA ngắn hơn được cài ngoại sinh vào các TB động vật có vú trong phiên mã nội sinh qua bước Dicer lại hoạt hóa trực tiếp sự thoái hóa mRNA tương đồng mà không cần khởi động đáp ứng interferon (Hình 5.2B).

Hình 5.2. Cơ chế mRNA đích  thoái hóa được hướng bởi siRNA trong các tế bào động vật có vú. (A) các dsRNA dài hơn 30bp được phân cắt bởi  một thành viên họ RNase III  tên là Dicer thành các siRNA 21-23-nt có 2 base 3 chồi ra. Các siRNA không bị tổn thương bởi phức helicase thì vẫn còn đặc tính và sợi antisense được cặp đôi bởi một phức hợp có tên là phức hợp yên lặng cảm ứng RNA (RNA-induced silencing complex RISC). RISC đảm trách phân cắt đặc hiệu vị trí  RNA đích và tái chế. (B) siRNA đơn tổng hợp hoặc hỗn hợp của siRNA enzym gốc đi từ RNA đích có thể ghép nối một cách ngoại sinh. Có thể lựa chọn cách tạo ra SiRNA nội sinh bằng việc sử dụng hệ thống hộp kép trong đó siRNA được phiên mã như một vòng cặp tóc. Chưa rõ là vòng shRNA đã được xử lý như thế nào. (Theo Lisa Scherer và John J. Rossi. (2005) Cancer Gene Therapy. Human Press. Totowwa, New Jersey).

ỨNG DỤNG CỦA  RIBOZYM

Các ribozym được ứng dụng như các tác nhân kháng virus, dùng để điều trị ung thư và các rối loạn di truyền và cũng là công cụ để làm sáng tỏ các con đường và phê chuẩn đích. Khởi đầu sử dụng ribozym là nhằm vào kháng virus, chủ yếu là điều trị virus gây thiếu hụt miễn dịch trên người (HIV). Các virus mà có thể tác động thông qua sản phẩm trung gian RNA hệ gen trong chu kỳ tái bản của chúng như HIV, virus gây viêm gan B, C  đó là những đích hấp dẫn bởi vì các mẫu đơn  ribozym có thể nhắm tới RNA hệ gen virus và cả các mRNA. Ribozym cũng được sử dụng rộng rãi đối với các gen tế bào đích bao hàm cả những gen biểu hiện một cách lầm lạc trong ung thư.

Đích ribozym đầu tiên là bản sao tổng hợp bcr-abl được kiến tạo từ nhiễm sắc thể Philadelphia  liên quan tới bệnh bạch cầu dòng tuỷ mạn tính. Đặc trưng của nhiễm sắc thể này là bằng sự chuyển vị (translation) đã biểu hiện được protein tổng hợp bcrabl tải nạp. Trong trường hợp này, ribozym được thiết kế để nhắm vào mRNA tổng hợp một cách đặc hiệu chứ không phải là nhắm vào bcr hay abl bình thường để ngăn chặn chức năng của gen gây ung thư bcr-abl. Khi đột biến ở codon 12 trong c-H-ras từ GGU thành GUU thì tạo nên một vị trí cho sự phân cắt qua trung gian ribozym đầu búa. Một ribozym biểu hiện nội sinh nhắm vào đích này đã có hiệu ứng ngăn ngừa sự hình thành tiêu điểm (focus formation) với khoảng 50% tế bào NIH3T3 đã được thâm nhiễm với gen ras hoạt hóa. Trái lại, các tế bào biểu hiện ribozym tương tự này nhưng lại thâm nhiễm với ras hoạt hóa trong đó có sự thay đổi codon ở vị trí 61 thay vì vị trí 12 thì không ngăn ngừa được sự hình thành tiêu điểm. Các ribozym nhắm vào HER2/neu được biểu hiện quá mức trong ung thư vú đã làm giảm đáng kể  sự tạo u của các tế bào này trên chuột. 

Hơn nữa, để nhắm trực tiếp vào các gen gây ung thư, các ribozym cũng được áp dụng một cách gián tiếp hơn với tư cách là các trị liệu kháng ung thư. Chẳng hạn như các riobozyme nhắm vào các gen kháng đa thuốc 1 (multiple drug resistance gene 1) hoặc fos mRNA trong các dòng tế bào ung thư đã tạo được các TB nhạy cảm hơn với các tác nhân hóa trị liệu. Mặt khác, ribozym nhắm vào bcl-2 đã làm bùng phát apoptosis trong các TB ung thư vùng miệng.